KR19980082521A - Gas sensor using FITISH element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피티시(PTC) 소자를 이용한 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 가스 센서는, 상하면에 상부 및 하부 전극(101a)(101b)이 증착된 피티스 발열 소자로 이루어진 발열 지지체(101)와, 상기 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a) 위에 도포된 절연층(102)과, 상기 절연층(102) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(102)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 감지막 전극(103)과, 상기 감지막 전극(103)이 증착되지 않은 절연층(102) 및 상기 감지막 전극(103)의 일부 위에 증착된 감지막(104)으로 구성된다. 본 발명의 가스 센서는, 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체(101)가 가스 센서의 다른 구성 요소를 지지함과 동시에 소정의 온도로 발열하여 감지막(104) 표면에 가스가 흡착하여 감지막이 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급하도록 구성되어 있어서, 구조가 간단하고, 이상 발열 현상이 일어나지 않으며, 열효율이 매우 높아서 저전력으로 구동된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor using a finite element (PTC) device and a manufacturing method thereof. The semiconductor gas sensor of the present invention is coated on a heat generating support 101 made of a pitis heating element having upper and lower electrodes 101a and 101b deposited on upper and lower surfaces, and an upper electrode 101a of the heat generating support 101. The insulating layer 102, the sensing film electrode 103 deposited over a predetermined length at both ends of the insulating layer 102 at predetermined intervals, and the sensing film electrode 103 And a sensing film 104 deposited over a portion of the sensing film electrode 103 that is not deposited. In the gas sensor of the present invention, the heat generating support 101 made of a finite element supports other components of the gas sensor and generates heat at a predetermined temperature so that gas is adsorbed on the surface of the sensing film 104 so that the sensing film reacts chemically. It is configured to supply the energy necessary to generate the heat, and the structure is simple, no abnormal heat generation phenomenon occurs, and the thermal efficiency is very high, so it is driven at low power.
Description
본 발명은 가스 센서에 관한 것으로, 특히 피티시(PCT) 발열 소자(반도체 히터)를 사용하여 구조가 간단하고 감지특성이 안정되며 저전력으로 동작 가능한 가스 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 피티시 발열 소자가 채용된 가스 센서의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas sensor, and more particularly, to a gas sensor using a PCT heating element (semiconductor heater), which is simple in structure, stable in sensing characteristics, and operable at low power. Moreover, this invention relates to the manufacturing method of the gas sensor which employ | adopted the fetish heat generating element.
가스 센서는 현재 사용되고 있는 다양한 센서중 그 용도와 원리면에서 가장 기본이 되는 센서로서, 화학 센서중 대표적인 센서이다.The gas sensor is the most basic sensor in use and principle among various sensors currently used, and is a representative sensor among chemical sensors.
근래에 가스 사용량이 폭증하고 있고, 사용되는 가스의 종류도 기술 수준에 비례하여 다양화 되어감에 따라, 가스 사고의 빈도 또한 높아지고 있어 그 누설을 탐지하고 대기 및 실내에서의 특정 가스 함유량, 특히 작업 환경에서의 특정 가스 함유량의 정확하게 측정할 필요성이 대두되게 되었다.In recent years, as the gas usage is exploding and the types of gases used are diversified in proportion to the technical level, the frequency of gas accidents is also increasing, detecting leaks, and the specific gas content in the atmosphere and the room, especially in There is a need for accurate measurement of specific gas contents in the environment.
현재 사용되고 있는 가스 센서중에 가장 대표적인 센서는 탄화수소계 가스 센서로서, 산업용, 발전용 및 가정용 등 그 용도가 다양하고, 사용 영역이 다른 가스 센서에 비해 매우 넓다.Among the gas sensors currently being used, the most representative sensor is a hydrocarbon-based gas sensor, which has various uses such as industrial, power generation, and home use, and its use area is much wider than other gas sensors.
탄화수소계 가스 센서로는, 벌크형 접촉 연소식 가스 센서와 반도체 가스 센서가 공지되어 있다.As the hydrocarbon gas sensor, a bulk contact combustion gas sensor and a semiconductor gas sensor are known.
도 1은 종래의 벌크형 접촉 연소식 가스 센서의 구성을 보인 것으로, 도 1a는 발열체와 전극이 일체로 형성된 직접 가열 방식 가스 센서의 구성을 개략적으로 보인 것이고, 도 1b는 발열체와 전극이 별도로 형성된 간접 가열 방식 가스 센서의 구성을 개략적으로 보인 것이다.1 illustrates a configuration of a conventional bulk contact combustion gas sensor, and FIG. 1A schematically illustrates a configuration of a direct heating gas sensor in which a heating element and an electrode are integrally formed, and FIG. 1B illustrates an indirectly formed heating element and an electrode. The configuration of the heating gas sensor is shown schematically.
도 1a에 도시된 가스 센서는 발열체의 기능을 동시에 수행하는 전극(11)과 감지 부재(12)가 일체로 소결 형성되어 있다. 전극(11)은 전원(도시 안됨)에 연결되어 있다.In the gas sensor illustrated in FIG. 1A, an electrode 11 and a sensing member 12 that simultaneously perform the function of a heating element are sintered integrally. The electrode 11 is connected to a power source (not shown).
도 1b에 도시된 가스 센서는 발열체(21)와, 상기 발열체(21)를 둘러싸는 관상 지지 부재(22)와, 상기 관상 지지 부재(22) 위에 피복된 전극(23)과, 상기 전극(23) 위에 도포된 감지 부재(24)로 구성되어 있다. 상기 발열체(21), 전극(23) 및 감지 부재(24)는 각각 도선(25)(26)(27)에 의해 전원(도시 안됨)에 연결되어 있다. 상기 감지 부재(12)(24)의 재료로는, 일반적으로 산화 주석(SnO2)이 사용된다.The gas sensor shown in FIG. 1B includes a heating element 21, a tubular support member 22 surrounding the heating element 21, an electrode 23 coated on the tubular support member 22, and the electrode 23. ) And a sensing member 24 applied on the surface thereof. The heating element 21, the electrode 23, and the sensing member 24 are connected to a power source (not shown) by conducting wires 25, 26, 27, respectively. Generally as the material of the sensing members 12 and 24, tin oxide (SnO 2 ) is used.
그러나, 상기한 벌크형 접촉 연소식 가스 센서는, 광범위한 감도 특성을 가지고 있고 직선성이 좋으나, 낮은 농도에서 신호가 미약하다는 결점을 가지고 있다.However, the bulk contact combustion gas sensor described above has the disadvantage of having a wide range of sensitivity characteristics and good linearity, but having a weak signal at low concentrations.
도 2 내지 도 4는 종래의 반도체 가스 센서의 기본적인 형태를 보인 것이다. 반도체 가스 센서는, 제조 방법에 따라, 후막형 반도체 가스 센서 및 박막형 가스 센서로 구분된다.2 to 4 show the basic form of a conventional semiconductor gas sensor. The semiconductor gas sensor is classified into a thick film type semiconductor gas sensor and a thin film type gas sensor according to a manufacturing method.
도 2는 후막형 반도체 가스 센서의 기본적인 구조를 보인 것이다. 도 2a에 단면도로 도시된 바와 같이, 종래의 후막형 가스 센서는, 지지 기판(31)과, 상기 지지 기판(31) 아래에 소정 간격을 두고 상기 기판(31)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린칭된 하부 전극(32)과, 상기 하부 전극(32)이 증착 또는 프린팅 되지 않은 지지 기판(31) 및 상기 하부 전극(32)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 발열체(33)와, 상기 지지 기판(31) 위에 소정 간격을 두고 상기 기판(31)의 양단에소 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 상부 전극(34)과, 상기 상부 전극(34)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31) 및 상기 상부 전극(34)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 감지막(35)으로 구성되어 있다.2 shows the basic structure of a thick film semiconductor gas sensor. As shown in the cross-sectional view in FIG. 2A, a conventional thick film gas sensor is deposited over a predetermined length at both ends of the support substrate 31 and the substrate 31 at predetermined intervals below the support substrate 31. Or a printed lower electrode 32, a support substrate 31 on which the lower electrode 32 is not deposited or printed, and a heating element 33 deposited or printed on a portion of the lower electrode 32, and the support. An upper electrode 34 deposited or printed over a predetermined length at both ends of the substrate 31 at predetermined intervals on the substrate 31 and a supporting substrate 31 on which the upper electrode 34 is not deposited or printed; And a sensing layer 35 deposited or printed on a portion of the upper electrode 34.
도 2b는 지지 기판(31) 위에 상부 전극(34) 및 감지막(35)이 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도이고, 도 2c는 지지 기판(31) 아래에 하부 전극(32) 및 발열체(33)가 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도이다.2B is a perspective view illustrating a state in which the upper electrode 34 and the sensing layer 35 are deposited or printed on the support substrate 31, and FIG. 2C illustrates the lower electrode 32 and the heating element 33 under the support substrate 31. ) Is a perspective view showing a state of being deposited or printed.
종래의 후막형 반도체 가스 센서의 다른 예들이 도 3에 도시되어 있다. 도 3a에 도시된 후막형 반도체 가스 센서의 구조는, 지지 기판(31a)과 상부 전극(34a) 사이에 절연층(36a)이 도포되어 있는 것을 제외하면, 도 2에 도시된 후막형 반도체 가스 센서와 동일하다. 즉, 도 3a에 도시된 후막형 반도체 가스 센서는, 지지 기판(31a)과, 상기 지지 기판(31a) 아래에 소정 간격을 두고 상기 기판(31a)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 하부 전극(32a)과, 상기 하부 전극(32a)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31a) 및 상기 하부 전극(32a)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 발열체(33a)와, 상기 지지 기판(31a) 위에 도포된 절연층(36a)과, 상기 절연층(36a) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(36a)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 상부 전극(34a)과, 상기 상부 전극(34a)이 증착 또는 프린팅되지 않은 절연층(36a) 및 상기 상부 전극(34a)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 감지막(35a)으로 구성되어 있다.Other examples of the conventional thick film semiconductor gas sensor are shown in FIG. 3. The thick film semiconductor gas sensor shown in FIG. 3A has the thick film semiconductor gas sensor shown in FIG. 2 except that the insulating layer 36a is applied between the support substrate 31a and the upper electrode 34a. Is the same as That is, the thick film type semiconductor gas sensor illustrated in FIG. 3A is a lower portion deposited or printed over a predetermined length at both ends of the support substrate 31a and the substrate 31a at predetermined intervals below the support substrate 31a. An electrode 32a, a support substrate 31a on which the lower electrode 32a is not deposited or printed, a heating element 33a deposited or printed on a portion of the lower electrode 32a, and on the support substrate 31a. An applied insulating layer 36a, an upper electrode 34a deposited or printed over a predetermined length at both ends of the insulating layer 36a at predetermined intervals on the insulating layer 36a, and the upper electrode 34a The insulating layer 36a which is not deposited or printed and the sensing film 35a deposited or printed on a part of the upper electrode 34a are formed.
도 3b에 도시된 후막형 반도체 가스 센서는, 감지막(35b) 위에 상부 전극(34b)이 증착 또는 프린팅되어 있는 것을 제외하면, 도 3a에 도시된 후막형 반도체 가스 센서와 동일하다. 즉, 도 3b에 도시된 후막형 반도체 가스 센서는, 지지 기판(31b)과, 상기 지지 기판(31b) 아래에 소정 간격을 두고 상기 기판(31b)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 하부 전극(32b)과, 상기 하부 전극(32b)이 증착 또는 프린팅되지 않은 지지 기판(31b) 및 상기 하부 전극(32b)의 일부 위에 증착 또는 프린팅된 발열체(33b)와, 상기 지지 기판(31b) 위에 도포된 절연층(36b)과, 상기 절연층(36b) 위에 증착 또는 프린팅된 감지막(35b)과, 상기 감지막(35b) 위에 소정 간격을 두고 상기 감지막(35b)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착 또는 프린팅된 상부 전극(34b)으로 구성되어 있다.The thick film type semiconductor gas sensor shown in FIG. 3B is the same as the thick film type semiconductor gas sensor shown in FIG. 3A except that the upper electrode 34b is deposited or printed on the sensing film 35b. That is, the thick film type semiconductor gas sensor illustrated in FIG. 3B has a lower portion deposited or printed over a predetermined length at both ends of the support substrate 31b and the substrate 31b at predetermined intervals below the support substrate 31b. An electrode 32b, a support substrate 31b on which the lower electrode 32b is not deposited or printed, and a heating element 33b deposited or printed on a portion of the lower electrode 32b, and on the support substrate 31b. The coated insulating layer 36b, the sensing film 35b deposited or printed on the insulating layer 36b, and the sensing film 35b at predetermined distances from both ends of the sensing film 35b at predetermined intervals. Top electrode 34b deposited or printed over.
지지 기판(31)(31a)(31b)은 실리콘 또는 세라믹으로 만들어지며, 발열체(33)(33a)(33b)와 전극(32)(32a)(32b) 및 전극(34)(34a)(34b)의 재료로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au) 등이 사용된다. 감지막(35)(35a)(35b)의 재료로는 산화 주석(SnO2), 산화 티타늄(TiO2) 등이 많이 사용된다.The support substrates 31, 31a and 31b are made of silicon or ceramic, and the heating elements 33, 33a and 33b, the electrodes 32, 32a and 32b, and the electrodes 34 and 34a and 34b. ), Platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), gold (Au) and the like are used. Tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), or the like is used as a material of the sensing films 35, 35a, 35b.
일반적으로, 반도체 가스 센서의 올바른 동작을 위해서는 감지막 표면에 가스 입자가 흡착되어 감지막이 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급해주기 위해 감지막 표면을, 가스 종류에 따라, 150℃-500℃의 온도로 가열 및 유지할 필요가 있다. 발열체는 이러한 온도를 감지막 표면에 가하고 유지하는데 사용된다.In general, for proper operation of the semiconductor gas sensor, gas particles are adsorbed on the surface of the sensor film, and the surface of the sensor film is heated to a temperature of 150 ° C to 500 ° C, depending on the type of gas, in order to supply the energy necessary for the detection film to cause a chemical reaction. Need to be heated and maintained. The heating element is used to apply and maintain this temperature on the sensing film surface.
상기와 같이 구성된 후막형 반도체 가스 센서에 있어서는, 지지 기판(31)(31a)(31b) 위에 발열체(33)(33a)(33b)를 증착 형성하는 단계에서 최종적으로 완성된 가스 센서의 특성이 결정된다.In the thick film type semiconductor gas sensor configured as described above, the characteristics of the gas sensor finally completed in the step of depositing and forming the heating elements 33, 33a, 33b on the support substrates 31, 31a, 31b are determined. do.
그러나, 종래에 있어서는 지지 기판(31)(31a)(31b) 위에 발열체(33)(33a)(33b)를 증착 또는 프린팅할 때, 작업 조건 또는 증착 조건 등의 영향으로 발열체(33)(33a)(33b)에 패턴상의 결함이 발생할 확률이 매우 높으며, 진공 장비를 사용할 때 금속 발열체 소재가 산화될 우려가 높아 수율 감소는 물론 현장에서 사용할 때 수명 단축의 주요 요인으로 작용한다. 또한, 주로 고온에서 사용되는 관계로 지지 기판(31)(31a)(31b)과 발열체(33)(33a)(33b) 사이가 벌어지는 현상이 빈번히 발생하여 가스 센서의 안정성을 저하시키는 경우가 많다.However, conventionally, when depositing or printing the heating elements 33, 33a, 33b on the supporting substrates 31, 31a, 31b, the heating elements 33, 33a are affected by the working conditions or the deposition conditions. The possibility of pattern defects in (33b) is very high, and there is a high risk of oxidizing the metal heating element material when using vacuum equipment, which is a major factor in reducing the yield and shortening the service life in the field. In addition, a phenomenon in which a gap between the supporting substrates 31, 31a and 31b and the heating elements 33, 33a and 33b frequently occurs due to being mainly used at a high temperature is often lowered in the stability of the gas sensor.
그리고, 발열체(33)(33a)(33b)가 박막 또는 후막 형태로 되어 있어서 국부적으로 두께 또는 선폭의 불균일에 의한 이상 발열 현상이 발생하게 되고, 또한 발열체(33)(33a)(33b)가 금속 열선 형태로 구성되어 열효율이 낮기 때문에, 감지막(35)(35a)(35b)의 표면과 흡착 가스와의 화학 반응이 일어나도록 하기 위해서는 약 150℃ 이상의 온도를 유지시켜 주는데 있어서 많은 전력이 소모되기 때문에, 배터리 전원으로 구동되는 휴대용 가스 검지기 등에는 적용이 곤란한 결점이 있다.In addition, since the heating elements 33, 33a, 33b are in the form of a thin film or a thick film, abnormal heat generation phenomenon occurs due to a nonuniformity in thickness or line width, and the heating elements 33, 33a, 33b are made of metal. Since it is formed in the form of a hot wire and the thermal efficiency is low, in order to cause a chemical reaction between the surfaces of the sensing films 35, 35a and 35b and the adsorbed gas, a lot of power is consumed in maintaining a temperature of about 150 ° C or more. Therefore, there is a drawback in that it is difficult to apply to a portable gas detector or the like driven by battery power.
도 5는 박막형 반도체 가스 센서의 구조를 보인 것이다. 도 4a에 단면도로 도시된 바와 같이, 종래의 박막형 반도체 가스 센서는, 하부 지지 기판(41)과, 상기 하부 지지 기판(41) 위에 소정 간격을 두고 상기 기판(41)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 하부 전극(42)과, 상기 하부 전극(42)이 증착되지 않은 지지 기판(41) 및 상기 하부 전극(42)의 일부 위에 증착된 박막형 발열체(43)와, 상기 발열체(43) 위에 배치된 상부 지지 기판(44)과, 상기 상부 지지 기판(44)이 배치되지 않은 발열체(43) 및 전극(42) 위에 도포된 절연층(45)과, 상기 상부 지지 기판(44) 위에 소정 간격을 두고 상기 기판(44)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 상부 전극(46)과, 상기 상부 전극(46)이 증착되지 않은 상부 지지 기판(44) 및 상기 상부 전극(46)의 일부 위에 증착된 감지막(47)으로 구성되어 있다.5 shows the structure of a thin film semiconductor gas sensor. As shown in the cross-sectional view in FIG. 4A, the conventional thin film type semiconductor gas sensor includes a lower support substrate 41 and a predetermined length at both ends of the substrate 41 at predetermined intervals on the lower support substrate 41. The lower electrode 42 deposited, the support substrate 41 on which the lower electrode 42 is not deposited, and the thin film type heating element 43 deposited on a portion of the lower electrode 42, and disposed on the heating element 43. A predetermined distance on the upper support substrate 44, the insulating layer 45 applied on the heating element 43 and the electrode 42 on which the upper support substrate 44 is not disposed, and the upper support substrate 44. The upper electrode 46 deposited over a predetermined length at both ends of the substrate 44, the upper support substrate 44 on which the upper electrode 46 is not deposited, and a portion of the upper electrode 46. The sensing film 47 is comprised.
도 4b는 하부 지지 기판(41) 위에 하부 전극(42) 및 박막형 발열체(43)가 증착된 상태를 보인 사시도이고, 도 4c는 상부 지지 기판(44) 위에 상부 전극(46) 및 감지막(47)이 증착된 상태를 보인 사시도이다.4B is a perspective view illustrating a state in which the lower electrode 42 and the thin film type heating element 43 are deposited on the lower support substrate 41, and FIG. 4C illustrates the upper electrode 46 and the sensing layer 47 on the upper support substrate 44. ) Is a perspective view showing the deposited state.
지지 기판(41)(44)은 알루미나 등의 재료로 만들어지며, 발열체(43) 및 전극(42)(46)의 재료로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 금(Au) 등이 사용된다. 감지막(47)의 재료로는 산화 주석(SnO2), 산화 티타늄(TiO2) 등이 많이 사용된다.The support substrates 41 and 44 are made of alumina or the like, and the materials of the heating element 43 and the electrodes 42 and 46 are platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), and gold ( Au) and the like are used. Tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), or the like is used as a material of the sensing film 47.
상기와 같이 구성된 박막형 반도체 가스 센서에 있어서도, 앞서 언급한 후막형 반도체 가스 센서의 경우와 마찬가지로, 하부 지지 기판(41) 위에 박막형 발열체(43)를 증착할 때, 작업 조건 또는 증착 조건 등의 영향으로 발열체(43)에 패턴상의 결함이 발생할 확률이 매우 높으며, 진공 장비를 사용할 때 금속 발열체 소재가 산화될 우려가 높아 수율 감소는 물론 현장에서 사용할 때 수명 단축의 주요 요인으로 작용한다. 또한, 주로 고온에서 사용되는 관계로 지지 기판(41)과 발열체(43) 사이가 벌어지는 현상이 빈번히 발생하여 가스 센서의 안정성을 저하시키는 경우가 많다.In the thin film type semiconductor gas sensor configured as described above, as in the case of the aforementioned thick film type semiconductor gas sensor, when the thin film type heating element 43 is deposited on the lower support substrate 41, due to the influence of working conditions or deposition conditions, etc. The probability of pattern defects occurring in the heating element 43 is very high, and the metal heating element material is highly oxidized when the vacuum equipment is used, and thus serves as a major factor in reducing the yield and shortening the life when used in the field. In addition, a phenomenon in which the gap between the support substrate 41 and the heating element 43 frequently occurs due to being mainly used at a high temperature often causes deterioration of the stability of the gas sensor.
그리고, 박막형 가스 센서에 있어서도, 발열체(43)가 박막 형태로 되어 있어서 국부적으로 두께 또는 선폭의 불균일에 의한 이상 발열 현상이 발생하게 되고, 또한 발열체(43)가 금속 열선 형태로 구성되어 열효율이 낮기 때문에, 감지막(47)의 표면과 흡착 가스와의 화학 반응이 일어나도록 하기 위해서는 약 150℃ 이상의 온도를 유지시켜 주는데 있어서 많은 전력이 소모되기 때문에, 배터리 전원으로 구동되는 휴대용 가스 검지기에 또한 적용이 곤란한 결점이 있다.Also in the thin film gas sensor, the heating element 43 is in the form of a thin film, so that an abnormal heat generation phenomenon occurs due to a nonuniformity in thickness or line width, and the heating element 43 is formed in the form of a metal heating wire, resulting in low thermal efficiency. Therefore, in order to cause a chemical reaction between the surface of the sensing film 47 and the adsorbed gas, a lot of power is consumed in maintaining the temperature of about 150 ° C. or more, so that the application is also applicable to a portable gas detector driven by battery power. There is a difficult drawback.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 후막형 및 박막형 반도체 가스 센서의 결점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 구조가 간단하고, 저전력으로 구동이 가능하고, 가스 감지 동작이 안정화되며, 종래의 가스 센서보다 수명이 연장되고, 두가지 이상의 가스를 동시에 개별적으로 감지할 수 있는 반도체 가스 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention was devised to solve the drawbacks of the conventional thick film and thin film semiconductor gas sensors described above, and the structure is simple, the device can be driven with low power, and the gas sensing operation is stabilized. It is an object of the present invention to provide a semiconductor gas sensor which has an extended lifetime and can detect two or more gases simultaneously and individually.
본 발명의 또다른 목적은 기판과 발열체가 일체로 구성되어 기판과 발열체 사이가 벌어지는 현상을 방지할 수 있는 반도체 가스 센서를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a semiconductor gas sensor which can prevent the phenomenon in which the substrate and the heating element are integrally formed, and thus the gap between the substrate and the heating element is prevented.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 발열 소자로 이루어진 발열 지지체와, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 도포된 절연층과, 상기 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 감지막 전극과, 상기 감지막 전극이 증착되지 않은 절연층 및 상기 감지막 전극의 일부 위에 증착된 감지막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서가 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a heat generating support made of a finite heat generating element is deposited on the upper and lower electrodes, respectively, and an insulating layer applied on the upper electrode of the heat generating support; And a sensing film electrode deposited over a predetermined length at both ends of the insulating layer at predetermined intervals on the insulating layer, an insulating layer on which the sensing film electrode is not deposited, and a sensing film deposited on a portion of the sensing film electrode. There is provided a gas sensor, characterized in that.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체와, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 도포된 상부 절연층과, 상기 발열 지지체의 하부 전극 위에 도포된 하부 절연층과, 상기 상부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 상부 감지막 전극과, 상기 하부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 하부 감지막 전극과, 상기 상부 감지막 전극이 증착되지 않은 상부 절연층 및 상기 상부 감지막 전극의 일부 위에 증착된 상부 감지막과, 상기 하부 감지막 전극이 증착되지 않은 하부 절연층 및 상기 하부 감지막 전극의 일부 위에 증착된 하부 감지막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a heat generating support consisting of a finite element on which upper and lower electrodes are respectively deposited on the upper and lower surfaces, an upper insulating layer applied on the upper electrode of the heating support, and a lower electrode of the heating support. A lower insulating layer coated on the upper insulating layer, an upper sensing layer electrode deposited over a predetermined length at both ends of the upper insulating layer at a predetermined interval on the upper insulating layer, and a predetermined interval on the lower insulating layer. A lower sensing layer electrode deposited over a predetermined length at both ends, an upper insulating layer on which the upper sensing layer electrode is not deposited, and an upper sensing layer deposited on a portion of the upper sensing layer electrode, and the lower sensing electrode And a lower sensing layer deposited over a portion of the lower sensing layer electrode. It is provided.
또한, 본 발명은 상기와 같이 구성되는 반도체 가스 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the semiconductor gas sensor comprised as mentioned above.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체를 준비하고, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 절연층을 도포하고, 상기 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 감지막 전극을 증착하고, 상기 감지막 전극이 증착되지 않은 절연층 및 상기 감지막 전극의 일부 위에 감지막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특지응로 하는 가스 센서의 제조 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a heat generating support made of a finite element on which upper and lower electrodes are respectively deposited on upper and lower surfaces, and an insulating layer is coated on the upper electrode of the heating support. And depositing a sensing electrode on the insulating layer over a predetermined length at both ends of the insulating layer at predetermined intervals, and depositing a sensing layer on a portion of the sensing layer and the insulating layer on which the sensing electrode is not deposited. The manufacturing method of the gas sensor which specializes in what is comprised is provided.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 상하면에 상부 및 하부 전극이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체를 준비하고, 상기 발열 지지체의 상부 전극 위에 상부 절연층을 도포하고, 상기 하부 전극 위에 하부 절연층을 도포하고, 상기 상부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 상부 감지막 전극을 증착하고, 상기 하부 절연층 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 하부 감지막 전극을 증착하고, 상기 상부 감지막 전극이 증착되지 않은 상부 절연층 및 상기 감지막 전극의 일부 위에 상부 감지막을 증착하고, 상기 하부 감지막 전극이 증착되지 않은 하부 절연층 및 상기 하부 감지막 전극의 일부 위에 하부 감지막을 증착하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a heat generating support made of a finite element on which upper and lower electrodes are deposited on upper and lower surfaces, respectively, and an upper insulating layer is coated on the upper electrode of the heating support, and on the lower electrode. Applying a lower insulating layer, depositing an upper sensing layer electrode over a predetermined length from both ends of the upper insulating layer at a predetermined interval on the upper insulating layer, and both ends of the lower insulating layer at a predetermined interval on the lower insulating layer. Depositing a lower sensing layer electrode over a predetermined length, depositing an upper sensing layer over a portion of the upper sensing layer and the sensing layer electrode on which the upper sensing layer electrode is not deposited, and lower insulation on which the lower sensing layer electrode is not deposited. And depositing a lower sensing film on a layer and a portion of the lower sensing film electrode. A method of manufacturing a gas sensor is provided.
도 1은 종래의 벌크형 접촉 연소식 가스 센서의 구조를 보인 것으로,1 shows a structure of a conventional bulk contact combustion gas sensor,
도 1a는 발열체와 전극이 일체로 형성된 직접 가열 방식 가스 센서의 개략 도시도1A is a schematic diagram of a direct heating gas sensor in which a heating element and an electrode are integrally formed;
도 1b는 발열체와 전극이 별도로 형성된 간접 가열 방식 가스 센서의 개략 도시도1B is a schematic diagram of an indirect heating type gas sensor in which a heating element and an electrode are separately formed;
도 2는 종래의 후막형 반도체 가스 센서의 구조의 일례를 보인 것으로,Figure 2 shows an example of the structure of a conventional thick film type semiconductor gas sensor,
도 2a는 후막형 반도체 가스 센서의 단면도2A is a cross-sectional view of a thick film semiconductor gas sensor.
도 2b는 지지 기판 위에 상부 전극 및 감지막이 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도2B is a perspective view illustrating a state in which an upper electrode and a sensing layer are deposited or printed on a supporting substrate
도 2c는 지지 기판 아래에 하부 전극 및 발열체가 증착 또는 프린팅된 상태를 보인 사시도2C is a perspective view illustrating a state in which a lower electrode and a heating element are deposited or printed under a support substrate
도 3a 및 도 3b는 종래의 후막형 반도체 가스 센서의 구조의 다른 예들을 보인 예시도3A and 3B are exemplary views showing other examples of the structure of a conventional thick film type semiconductor gas sensor.
도 4는 종래의 박막형 반도체 가스 센서의 구조를 보인 것으로,Figure 4 shows the structure of a conventional thin film semiconductor gas sensor,
도 4a는 박막형 반도체 가스 센서의 단면도4A is a cross-sectional view of a thin film semiconductor gas sensor
도 4b는 하부 지지 기판 위에 하부 전극 및 박막형 발열체가 증착된 상태를 보인 사시도4B is a perspective view illustrating a state in which a lower electrode and a thin film type heating element are deposited on a lower support substrate;
도 4c는 상부 지지 기판 위에 상부 전극 및 감지막이 증착된 상태를 보인 사시도4C is a perspective view illustrating a state in which an upper electrode and a sensing film are deposited on an upper support substrate
도 5는 본 발명에 따른 피티시(PCT) 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 일실시예를 보인 단면도Figure 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor gas sensor using a PCT device in accordance with the present invention
도 6은 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 또다른 실시예를 보인 단면도Figure 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a semiconductor gas sensor using a fetish element according to the present invention
도 7은 도 5에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정도7 is a manufacturing process diagram of the semiconductor gas sensor of the present invention shown in FIG.
도 8은 도 6에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정도8 is a manufacturing process diagram of the semiconductor gas sensor of the present invention shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
101 : 발열 지지체101a : 상부 전극101: heat generating support 101a: upper electrode
101b : 하부전극102 : 절연층101b: lower electrode 102: insulating layer
103 : 감지막 전극104 : 감지막103: sensing film electrode 104: sensing film
201 : 발열 지지체201a : 상부 전극201: heating support 201a: upper electrode
201b : 하부 전극202 : 상부 절연층201b: lower electrode 202: upper insulating layer
203 : 하부 절연층204 : 상부 감지막 전극203: lower insulating layer 204: upper sensing film electrode
205 : 하부 감지막 전극206 : 상부 감지막205: lower sensing film electrode 206: upper sensing film
207 : 하부 감지막207: lower sensing film
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 일실시예를 보인 단면도이다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 가스 센서는, 상하면에 상부 및 하부 전극(101a)(101b)이 증착된 피티시 발열 소자로 이루어진 발열 지지체(101)와, 상기 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a) 위에 도포된 절연층(102)과, 상기 절연층(102) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(102)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 감지막 전극(103)과, 상기 감지막 전극(103)이 증착되지 않은 절연층(102) 및 상기 감지막 전극(103)의 일부 위에 증착된 감지막(104)으로 구성되어 있다.5 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor gas sensor using a fetish device according to the present invention. As shown in the drawing, the semiconductor gas sensor of the present invention includes a heat generating support 101 made of a finite heat generating element having upper and lower electrodes 101a and 101b deposited on upper and lower surfaces thereof, and an upper part of the heat generating support 101. An insulating layer 102 coated on the electrode 101a, a sensing film electrode 103 deposited over a predetermined length at both ends of the insulating layer 102 at predetermined intervals on the insulating layer 102, and the sensing The film electrode 103 is composed of an insulating layer 102 on which no film is deposited and a sensing film 104 deposited on a portion of the sensing film electrode 103.
본 발명에 있어서는, 발열 지지체(101)가 반도체 세라믹인 피티시 소자로 형성되어 있으며, 이는 본 발명의 주요한 특징이다. 발열 지지체(101)를 피티시 소자로 구성함으로써, 가스 센서의 다른 구성 요소를 지지함과 동시에 소정의 온도로 발열하여 감지막(104) 표면에 가스가 흡착되었을 때 화학반응을 일으킬 수 있는 적정 온도로 감지막(104)을 가열한다.In the present invention, the heat generating support 101 is formed of a fetish element which is a semiconductor ceramic, which is a main feature of the present invention. By constructing the heat generating support 101 as a fetish element, while supporting other components of the gas sensor and at the same time, the heat generated at a predetermined temperature to generate a chemical reaction when the gas is adsorbed on the surface of the sensing film 104 The sensing film 104 is heated.
피티시 소자는 정온도계수(正溫度係數 : PTC)의 저항-온도 특성을 가지며, 전압-전류 특성에서는, 전압-전류 곡선에서 전류 극대점에 도달하기 전에는 정저항 특성을, 그 후에는 정전력 특성을 나타낸다. 정전력 영역에서 주위 온도가 낮아지면 전류가 높아져 전력이 커지며, 주위 온도가 높아지면 전류가 작아지고 전력도 작아져 발열 온도가 자동적으로 제어된다. 이와 같은 자기 발열 제어기능을 갖는 정온 발열체 소자가 피티시 소자이다. 이러한 피티시 소자의 안정된 발열 온도를 감지막에 인가함으로써, 가스 센서의 가스 감지 기능을 안정화시킨다.The fitness element has a resistance-temperature characteristic of a constant temperature coefficient (PTC), and in the voltage-current characteristic, a constant resistance characteristic before reaching the current maximum point in the voltage-current curve, and then a constant power characteristic Indicates. In the constant power region, when the ambient temperature decreases, the current increases to increase the power, and when the ambient temperature increases, the current decreases and the power decreases, so that the heating temperature is automatically controlled. A constant temperature heating element having such a self-heating control function is a fetish element. By applying a stable heat generation temperature of the FITISH element to the sensing film, the gas sensing function of the gas sensor is stabilized.
본 발명의 발열 지지체(101) 사용되는 피티시 소자의 두께는, 가스 센서의 구동 전력 소모를 줄이기 위하여 1mm 이하로 얇은 것일수록 바람직하다.The thickness of the fitness element used in the heat generating support 101 of the present invention is preferably as thin as 1 mm or less in order to reduce driving power consumption of the gas sensor.
본 발명의 피티시 소자는 감지막(104) 표면과 흡착 가스가 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급하기 위해 소정의 온도, 예를 들어 150℃ 내지 500℃의 온도로 발열한다.The fitness element of the present invention generates heat at a predetermined temperature, for example, 150 ° C. to 500 ° C., in order to supply energy required for the chemical reaction between the surface of the sensing film 104 and the adsorbed gas.
감지막(104)의 재료로는 산화 주석(SnO2), 산화 티타늄(TiO2) 등의 산화물이 주로 쓰이고 있고, 절연층(102)은 산화 규소(SiO2) 등의 재료로 되어 있다.Oxides such as tin oxide (SnO 2 ) and titanium oxide (TiO 2 ) are mainly used as the material of the sensing film 104, and the insulating layer 102 is made of a material such as silicon oxide (SiO 2 ).
도 5에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정이 도 7에 상세히 도시되어 있다.The manufacturing process of the semiconductor gas sensor of the present invention shown in FIG. 5 is shown in detail in FIG. 7.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 제조 공정은 상하면에 상부 및 하부 전극(101a)(101b)이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체(101)를 준비하는 것으로부터 시작된다. 상기 발열 지지체(101)가 준비된 후에, 상기 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a) 위에 절연층(102)을 도포한 다음, 상기 절연층(102) 위에 소정 간격을 두고 상기 절연층(102)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 감지막 전극(103)을 증착한다. 그 다음에, 상기 감지막 전극(103)이 증착되지 않은 절연층(102) 및 상기 감지막 전극(103)의 일부 위에 감지막(104)을 증착한다.As shown in FIG. 7, in the manufacturing process of the semiconductor gas sensor using the FITISH device of the present invention, the heat generating support 101 is formed of FITISH devices having upper and lower electrodes 101a and 101b respectively deposited on upper and lower surfaces thereof. It starts with preparing. After the heating support 101 is prepared, an insulating layer 102 is coated on the upper electrode 101a of the heating support 101, and then the insulating layer 102 is spaced at a predetermined interval on the insulating layer 102. The sensing film electrode 103 is deposited over a predetermined length at both ends. Next, the sensing film 104 is deposited on the insulating layer 102 on which the sensing film electrode 103 is not deposited and a part of the sensing film electrode 103.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 가스 센서의 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the gas sensor using the fitness device according to the present invention configured as described above will be described.
도 5의 발열 지지체(101)의 상부 전극(101a)과 하부 전극(101b) 양단에 피티시가 적정 온도를 유지하는데 필요한 직류 또는 교류 전압을 인가하면, 발열 지지체(101)를 구성하는 피티시 소자가 피티시 고유 특성에 의해서 발열을 하게 된다. 이 때, 열에너지는 피티시 상부 또는 하부에 증착된 감지막(104)까지 전달되어 감지막(104)의 표면 온도가 증가하게 된다. 이렇게 가열된 감지막(104) 표면에 가스입자가 흡착되면, 열에 의해 가스 입자가 분해되어 감지막(104) 물질과 화학반응을 하게 되며, 이 때 감지막(104)의 내부 저항이 변하게 된다. 감지막(104) 위에 흡착되는 가스 입자가 많으면, 내부 저항의 변화폭이 크게 되고, 흡착되는 가스 입자가 적으면 내부 저항의 변화폭이 작게 된다. 이렇게 저항 변화폭이 크게 되거나 작게 되는 정도에 따라, 가스의 양이 많고 적음을 측정하게 된다. 이렇게 측정된 감지막 (104)의 내부 저항값은 감지막(104)의 양단에 연결된 감지막 전극(103)을 통하여 검출된다.When a direct current or an alternating voltage necessary for the fetish to maintain a proper temperature is applied to both the upper electrode 101a and the lower electrode 101b of the heat generating support 101 of FIG. 5, the fitness element constituting the heat generating support 101 is formed. Will generate heat due to its inherent properties. At this time, the thermal energy is transferred to the sensing film 104 deposited on the upper or lower portion of the fetish to increase the surface temperature of the sensing film 104. When gas particles are adsorbed on the surface of the sensing film 104 heated as described above, the gas particles are decomposed by heat to chemically react with the material of the sensing film 104, and the internal resistance of the sensing film 104 changes. When there are many gas particles adsorbed on the sensing film 104, the change width of internal resistance becomes large, and when there are few gas particles adsorbed, the change width of internal resistance becomes small. According to the extent that the resistance change is increased or decreased, the amount of gas is large and small. The internal resistance value of the sensing film 104 thus measured is detected through the sensing film electrodes 103 connected to both ends of the sensing film 104.
본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 또다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반도체 가스 센서는, 상하면에 상부 및 하부 전극(201a)(201b)이 증착된 피티스 발열 소자로 이루어진 발열 지지체(201)와, 상기 발열 지지체(201)의 상부 전극(201a) 위에 도포된 상부 절연층(202)과, 상기 발열 지지체(201)의 하부 전극(201b) 위에 도포된 하부 절연층(203)과, 상기 상부 절연층(202) 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층(202)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 상부 감지막 전극(204)과, 상기 하부 절연층(203) 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층(203)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 증착된 하부 감지막 전극(205)과, 상기 상부 감지막 전극(204)이 증착되지 않은 상부 절연층(202) 및 상기 상부 감지막 전극(204)의 일부 위에 증착된 상부 감지막(206)과, 상기 하부 감지막 전극(205)이 증착되지 않은 하부 절연층(203) 및 상기 하부 감지막 전극(205)의 일부 위에 증착된 하부 감지막(207)으로 구성되어 있다.Another embodiment of a semiconductor gas sensor using a fetish element according to the present invention is shown in FIG. 6. As shown in the drawing, the semiconductor gas sensor of the present invention includes a heat generating support 201 made of a pitis heating element in which upper and lower electrodes 201a and 201b are deposited on upper and lower surfaces, and an upper portion of the heating support 201. The upper insulating layer 202 applied on the electrode 201a, the lower insulating layer 203 applied on the lower electrode 201b of the heat generating support 201, and the upper insulating layer 202 at predetermined intervals. The upper sensing layer electrode 204 deposited over a predetermined length at both ends of the upper insulating layer 202 and the lower insulating layer 203 at a predetermined length at both ends with a predetermined interval on the lower insulating layer 203. A lower sensing layer electrode 205 deposited over the upper sensing layer 202 and a portion of the upper sensing layer electrode 204 where the upper sensing layer electrode 204 is not deposited. A lower insulating layer 203 and an upper layer on which the lower sensing layer electrode 205 is not deposited; Lower sensing membrane is composed of a lower sensing layer 207 is deposited on part of the electrode 205.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 가스 센서의 실시예의 경우, 도 5에 도시된 실시예의 경우와 마찬가지로, 발열 지지체(201)가 피티시 소자로 형성된다. 발열 지지체(201)를 피티시 소자로 구성함으로써, 가스 센서의 다른 구성 요소를 지지함과 동시에 소정의 온도로 발열하여 감지막(206)(207) 표면에 가스가 흡착되었을 때 화학반응을 일으킬 수 있는 적정 온도로 감지막(206)(207)을 가열한다.In the case of the embodiment of the gas sensor according to the present invention shown in Figure 6, as in the case of the embodiment shown in Figure 5, the heat generating support 201 is formed of a fetish element. By constructing the heat generating support 201 as a fetish element, it is possible to support other components of the gas sensor and generate heat at a predetermined temperature to cause a chemical reaction when gas is adsorbed on the surfaces of the sensing films 206 and 207. The sensing films 206 and 207 are heated to a suitable temperature.
본 발명의 발열 지지체(201)에 사용되는 피티시 소자의 두께는, 가스 센서의 구동 전력 소모를 줄이기 위하여 1mm이하로 얇은 것일수록 바람직하다.The thickness of the FITISH element used in the heat generating support 201 of the present invention is preferably as thin as 1 mm or less in order to reduce driving power consumption of the gas sensor.
본 발명의 피티시 소자는 감지막(206)(207) 표면과 흡착 가스가 화학 반응을 일으키는데 필요한 에너지를 공급하기 위해 소정의 온도, 예를 들어 150℃ 내지 500℃의 온도로 발열한다.The fitness element of the present invention generates heat at a predetermined temperature, for example, 150 ° C. to 500 ° C., in order to supply energy required for the chemical reaction between the surfaces of the sensing films 206 and 207 and the adsorbed gas.
도 6에 도시된 구조의 가스 센서의 특징은, 단일형 센서로 동시에 2 종류 이상의 가스를 검지할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 도 6의 상부 감지막(206)은 메탄 가스에 적합한 감지물로 처리하고, 하부 감지막(207)은 CO 가스에 적합한 감지물로 처리하면, 한 개의 가스 센서로 두가지의 가스(메탄, CO)의 양을 동시에 검지할 수 있다.The characteristic of the gas sensor of the structure shown in FIG. 6 is that two or more types of gas can be detected simultaneously with a single sensor. For example, the upper sensing film 206 of FIG. 6 is treated with a sensing material suitable for methane gas, and the lower sensing film 207 is treated with a sensing material suitable for CO gas. The amount of methane, CO) can be detected at the same time.
도 6에 도시된 본 발명의 반도체 가스 센서의 제조 공정이 도 8에 상세히 도시되어 있다.The manufacturing process of the semiconductor gas sensor of the present invention shown in FIG. 6 is shown in detail in FIG. 8.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서의 제조 공정은 상하면에 상부 및 하부 전극(201a)(201b)이 각각 증착되어 있는 피티시 소자로 이루어진 발열 지지체(201)를 준비하는 것으로부터 시작된다. 상기 발열 지지체(201)가 준비된 후에, 상기 발열 지지체(201)의 상부 전극(201a) 위에 상부 절연층(202)을 도포하고, 상기 발열 지지체(201)의 하부 전극(201b) 위에 하부 절연층(203)을 도포한다. 그 다음에, 상기 상부 절연층(202) 위에 소정 간격을 두고 상기 상부 절연층(202)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 상부 감지막 전극(204)을 증착하고, 상기 하부 절연층(203) 위에 소정 간격을 두고 상기 하부 절연층(203)의 양단에서 소정 길이에 걸쳐 하부 감지막 전극(205)을 증착한다. 상부 감지막 전극(204) 및 하부 감지막 전극(205)의 증착이 완료되면, 상기 상부 감지막 전극(204)이 증착되지 않은 상부 절연층(202) 및 상기 상부 감지막 전극(204)의 일부 위에 상부 감지막(206)을 증착하고, 상기 하부 감지막 전극(205)이 증착되지 않은 하부 절연층(203) 및 상기 하부 감지막 전극(205)의 일부 위헤 하부 감지막(207)을 증착한다.As shown in FIG. 8, in the manufacturing process of the semiconductor gas sensor using the FITISH device of the present invention, the heating support 201 is formed of FITISH devices having upper and lower electrodes 201a and 201b deposited on the upper and lower surfaces, respectively. It starts with preparing. After the heating support 201 is prepared, an upper insulating layer 202 is coated on the upper electrode 201a of the heating support 201, and a lower insulating layer (201) is disposed on the lower electrode 201b of the heating support 201. 203) is applied. Next, an upper sensing layer electrode 204 is deposited on the upper insulating layer 202 over a predetermined length at both ends of the upper insulating layer 202, and is formed on the lower insulating layer 203. The lower sensing layer electrode 205 is deposited over a predetermined length at both ends of the lower insulating layer 203 at intervals. When deposition of the upper sensing layer electrode 204 and the lower sensing layer electrode 205 is completed, a portion of the upper insulating layer 202 and the upper sensing layer electrode 204 on which the upper sensing layer electrode 204 is not deposited is completed. The upper sensing layer 206 is deposited thereon, and the lower insulating layer 203 on which the lower sensing layer electrode 205 is not deposited and the lower sensing layer 207 are deposited on a portion of the lower sensing layer electrode 205. .
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 가스 센서의 작용은, 도 5와 관련하여 앞서 설명한 본 발명의 실시예와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the operation of the gas sensor using the fitness device according to the present invention configured as described above is the same as the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 5, a detailed description thereof will be omitted.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 피티시 소자를 이용한 반도체 가스 센서에 있어서는, 지지 기판과 발열체를 별도로 구성하는 종래의 후막형 및 박막형 반도체 가스 센서와는 달리, 종래의 지지 기판과 발열체를 일체로 구성한 발열 지지체를 채용함으로써, 구조가 간단하고, 가스 센서의 제조 공정 단계가 줄어든다.As described above, in the semiconductor gas sensor using the fetish element according to the present invention, unlike the conventional thick film type and thin film type semiconductor gas sensors which separately constitute the supporting substrate and the heating element, the conventional supporting substrate and the heating element are integrally formed. By employing the constructed heat generating support, the structure is simple and the manufacturing process steps of the gas sensor are reduced.
또한, 발열체와 지지 기판이 일체로 형성됨으로써, 발열체를 지지 기판위에 증착할 필요가 없기 때문에, 국부적은 두께 또는 선폭의 불균일에 의한 이상 발열현상이 일어나지 않는다.In addition, since the heating element and the supporting substrate are integrally formed, it is not necessary to deposit the heating element on the supporting substrate, so that abnormal heat generation is not caused due to local thickness or line width unevenness.
그리고, 종래의 후막형 및 박막형 반도체 가스 센서의 발열체가 금속 열선형태로 되어 있는 것에 반해, 본 발명에 있어서는 발열체의 표면 전체가 발열 표면이 되기 때문에, 열효율이 매우 높고 따라서 저전력으로 구동이 가능하여, 배터리 전원으로 구동되는 휴대용 가스 감지기에 적용할 수 있다.And while the heating elements of the conventional thick film type and thin film type semiconductor gas sensors are in the form of metal heating wires, in the present invention, since the entire surface of the heating element is a heat generating surface, the thermal efficiency is very high, and therefore, driving with low power is possible. It can be applied to battery powered portable gas detectors.
또한, 본 발명의 발열 지지체를 구성하는 피티시 발열 소자의 피티시 고유특성인 자기 온도 유지(보정)기능에 의하여, 주위 온도 분위기에 큰 영향을 받지 않고 일정한 자기 온도가 유지되므로 가스 센서의 가스 감지 특성이 안정되는 효과가 있다.In addition, due to the magnetic temperature maintenance (correction) function, which is an inherent characteristic of the Ftish heat generating element constituting the heat generating support of the present invention, the constant magnetic temperature is maintained without being greatly influenced by the ambient temperature atmosphere, thereby detecting the gas of the gas sensor. The property is stable.
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